Устройство компьютера

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Урок 1. Архитектура компьютера
Урок 2. Магистрально-модульный принцип построения компьютера
Урок 3. Процессор
Урок 4. Процессор
Урок 5. Тест №1
Урок 6. Внутренняя память
Урок 7. Внутренняя память
Урок 8. Внешняя память
Урок 9. Переферийные устройства
Урок 10. Переферийные устройства
Урок 11. Лабораторный практикум «Тестирование параметров компьютера»
Урок 12. Тест №2
Поурочное планирование

Архитектура компьютера
Урок 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Принципы построения компьютера и его устройство
Компьютер – универсальное, электронное, программно – управляемое устрой-ство для хранения, обработки и передачи информации
Компьютеры
Цифровые
Аналоговые
обрабатывают данные в виде числовых двоичных кодов
обрабатывают непрерывно ме-няющиеся физические величи- ны – напряжение, время – являющиеся аналогом вычис-ляемых величин
Основу компьютера образует аппаратура – HardWare.
Принцип действия компьютера состоит в выполнении программ – SoftWare.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Принципы построения компьютера и его устройство
Структура компьютера – совокупность его функциональных элементов и свя-зей между ними.
Главные устройства компьютера: память, процессор, устройство ввода, уст-ройство вывода соединены каналами связи, по которым передается инфор-мация. На схеме жирными стрелками показаны пути и направления движения информации, пунктирными – пути и направления передачи управляющих сигналов.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Принципы построения компьютера и его устройство
Схема устройства компьютера впервые была предложена в 1945 году американским ученым Джоном фон Нейманом.
Дж. фон Нейман сформулировал основные принципы работы ЭВМ, которые во многом сохранились и в современных компьютерах.
Принципы фон Неймана
Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, выполняющихся процессором автоматически в определенной последова-тельности.
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает храни-мый в нем адрес очередной команды на длину команды.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Принципы построения компьютера и его устройство
Принципы фон Неймана
2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти на равноправных началах, поэтому компьютер не различает, что храниться в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
Данный принцип позволяет подвергать переработке программу в процессе своего выполнения, что делает возможным задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).
На этом принципе основаны методы трансляции – перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Принципы построения компьютера и его устройство
Принципы фон Неймана
3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из прону-мерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Данный принцип позволяет давать имена областям памяти, чтобы к запомненным в них значениям можно было в последствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.
Для старых персональных компьютеров (на основе микропроцессоров Intel i8088, i8086, i80286 и процессоре i80386/20 МГц) была характерна одноуровневая система организации памяти.
В настоящее время для сокращении среднего времени ожидания при обращении к ОС используются методы интерливинга и страничной организации.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Принципы построения компьютера и его устройство
Весь объем памяти делится на два или несколько банков. Слова с последовательными адресами располагаются в разных банках. Во время считывания информации из оперативной памяти за один цикл можно организовать параллельное извлечение информации из разных блоков, что уменьшает количество циклов ожидания.
Метод интерливинга
Метод страничной организации
Вся память делится на фиксированные по размеру зоны адресов — страницы. Обращение к памяти в пределах страницы происходит без ожидания, а при смене страницы — как обычно, с состояниями ожидания.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т. д.
Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, ОЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств.
Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.
Принципы построения компьютера и его устройство
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Архитектура компьютера

Это однопроцессорный компьютер. Архитектура фон Неймана использует только одну шину памяти, представляющую собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем.
Данная архитектура обладает рядом положительных черт:
● она является более дешевой, требует меньшего количества выводов шины;
● она является более простой в использовании, так как программист может размещать и команды и данные в любом месте свободной памяти
Принципы построения компьютера и его устройство
Наиболее распространены следующие архитектурные решения:
1. Классическая архитектура (архитектура фон Неймана)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

2. Многопроцессорная архитектура
Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи.
Принципы построения компьютера и его устройство
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Принципы построения компьютера и его устройство
3. Многомашинная вычислительная система
Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру. Однако эффект от применения многомашинной системы может быть получен только при решении задач, имеющих специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Принципы построения компьютера и его устройство
4. Архитектура с параллельными процессорами
Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе, т. е. по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Принципы построения компьютера и его устройство
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Контрольные вопросы
1.

Магистрально-модульный принцип построения компьютера
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Урок 2

Условная схема
взаимодействия устройств с помощью шины
Внешние устройства ВВОДА информации
Внешние устройства ВЫВОДА информации
данные
данные
Магистрально-модульный принцип построения компьютера
Для организации взаимодействия процессора и устройств ПК используются
группы проводников, называемых ШИНАМИ.
Шина – магистраль передачи данных.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:
1) между микропроцессором и ОЗУ; 2) между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств (клавиатура, монитор); 3) между ОЗУ и пор-тами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Магистрально-модульный принцип построения компьютера
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Магистраль (системная шина) включает в себя:
● Шину данных;
● Шину адреса;
● Шину управления.
Упрощенно системную шину можно представить как группу кабелей и электри-ческих (токопроводящих) линий на системной плате.

Магистрально-модульный принцип построения компьютера
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Шина данных
По этой шине передается вся информация. При операции записи информацию на нее выставляет процессор, а считывает то устройство (например, память или принтер), адрес которого выставлен на шине адреса. При операции чтения информацию выставляет устройство, адрес которого выставлен на шине адреса, а считывает процессор.
В компьютерах с процессорами на базе Intel Pentium шина данных 64-разрядная, т.е. состоит из 64 линий, по которым за один такт на обработку поступают сразу 8 байт.
Шина адреса
Шина адреса предназначена для передачи по ней адреса того устройства (или той ячейки памяти), к которому обращается процессор. Адрес на нее выдает всегда только процессор.
Она является 32-х разрядной, состоит из 32 параллельных линий. На каждой линии может быть «выставлена» либо 0 (напряжения нет), либо 1 (в противном случае). Комбинация из 32 нулей или единиц образует 32-х разрядный адрес, указывающий на ячейку ОЗУ, где хранятся данные.

Магистрально-модульный принцип построения компьютера
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Шина управления
На шине управления устанавливаются управляющие сигналы, такие, например, как сигналы чтения, записи, готовности. Кроме того, каждое внешнее устройство, которому нужно обратиться к процессору, имеет на этой шине собственную линию.
Когда периферийное устройство «хочет обратиться» к процессору, оно устанавливает на этой линии специальный сигнал (сигнал прерывания), заметив который, процессор прерывает выполняемые в этот момент действия и обращается (командой чтения или записи) к устройству.
В большинстве современных ПК шина управления 32-х разрядная , но бывают и 64-х и даже 128-разрядные.

Магистрально-модульный принцип построения компьютера
Персональным компьютером называют универсальный микрокомпьютер, рассчитанный на одного пользователя. ПК обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры.
Принцип открытой архитектуры заключается в том, что устанавливается стандарт на конфигурацию компьютера и принцип его действия.
Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями.
Компьютер легко расширяется и модернизируется за счет наличия внутренних расширительных гнезд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями.
Принцип открытой архитектуры
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Магистрально-модульный принцип построения компьютера
Для того, чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они должны иметь одинаковый интерфейс.
Интерфейс – это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой.
Если интерфейс общепринятый, например утвержденный на уровне международных соглашений, то он называется стандартным.
Интерфейс
Каждый из функциональных элементов связан с шиной определенного типа – адресной, управляющей или шиной данных.
Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты по следующей схеме:
Контроллеры
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Магистрально-модульный принцип построения компьютера
Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов.
Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.
Порты
Порты устройств представляют собой электронные схемы, позво-ляющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.
Портами также называют устройства стандартного интерфейса: последовательный, параллельный и игровой порты (интерфейсы).
Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами побитно. Параллельный порт получает и посылает данные побайтно.
сетевой
адаптер
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Магистрально-модульный принцип построения компьютера
К последовательному порту обычно подсоединяют медленно действующие или достаточно удаленные устройства, такие как мышь и модем.
К параллельному порту подсоединяют более «быстрые» устройства – принтер и сканер. Через игровой порт подсоединяется джойстик. Клавиатура и монитор подключаются к своим специализированным портам, представляющим простые разъемы.
Материнская плата (Motherboard)
Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской.
А контроллеры или адаптеры допол-нительных устройств либо сами эти устройства выпол-няются в виде плат расширения и подключаются к шине с помощью разъемов расширения, называемых также слотами расширения.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Принципы построения компьютера и его устройство
Назначение разъемов :
● sockets – гнезда для процессоров;
● slots – разъемы под оперативную память и платы расширения;
● контроллеры портов ввода/ вывода.
Функция: обеспечивает связь между всеми устройствами ПК, посредством передачи сигнала от одного устройства к другому.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Функциональная схема устройства ПК
Оперативная
память
Контроллер
клавиатуры
Клавиатура
Системная магистраль данных - шина
Материнская плата
Контроллеры
дополнит. устройств
Видео-
адаптер
Адаптер
портов
Контроллер
дисков
Монитор
Сканер, модем, стример...
Принтер, мышь,
джойстик и т.д.
Системный блок
ВДП

Принципы построения компьютера и его устройство
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Контрольные вопросы
1. Назовите основные блоки ПК.
2. В чём заключается магистрально – модульный принцип построения компьютера?
3. Из чего состоит магистраль?
4. Что входит в состав системного блока?
5. Какие устройства компьютера находятся на материнской плате?
6. Что называется контроллером?
7. Что называется слотом?
8. Что такое порт? Какие бывают порты? Для чего они предназначены?
9. Что такое процессор? Его роль?
10. От чего зависит производительность процессора?

Процессор
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Урок 3

Принципы построения компьютера и его устройство
В общем случае команда содержит следующую информацию:
● код выполняемой операции;
● указания по определению операндов (или их адресов);
● указания по размещению получаемого результата
Программа – это последовательность команд.
Команда – это описание операции, которую должен выполнить компьютер.
Упрощенный вид команды:
код операции (КОП)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Принципы построения компьютера и его устройство
В зависимости от числа операндов команды бывают:
● одноадресные
Add x – содержимое ячейки х сложить с содержимым
сумматора, а результат оставить в сумматоре.
● двухадресные
Add x, y – содержимое ячеек x и y сложить,
а результат поместить в ячейку x.
● Трехадресные
Add x, y, z – содержимое ячеек x и y сложить, а результат поместить в ячейку z
● Переменно-адресные
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Принципы построения компьютера и его устройство
Центральный процессор – это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные про-граммой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Основные производители: Intel, Cyrix, AMD
Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров.
Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему – тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора.
Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

Принципы построения компьютера и его устройство
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Важнейшими характеристиками процессора являются:
● Разрядность
● Тактовая частота
● Адресное пространство
Разрядность процессора. Обычно команда выполняется не по одному биту, а одновременно группами по 8, 16, 32, 64 бита. Число одновременно обраба-тываемых битов и называется разрядностью процессора. Чем больше разрядность процессора, тем больше информации он может обработать в единицу времени, тем выше его эффективность.
Часто уточняют разрядность процессора и пишут, например, 16/20, что означает, что процессор имеет 16-разрядную шину данных и 20-разрядную шину адреса.
Характеристики процессора

Принципы построения компьютера и его устройство
Тактовая частота = количество элементарных операций (тактов) за 1 секунду [Hz, MHz, GHz]
● 8088,
● 286,
● 386,
● 486,
● Pentium,
● Pentium ll,
● Pentium lll
● и пришло новое Pentium IV
За 20 лет сменилось 7 поколений
процессоров фирмы Intel:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Разрядность адресной шины определяет адресное пространство процес-сора, т. е. максимальный объем оперативной памяти, который может быть установлен в компьютере.

Центральный процессор в общем случае содержит:
регистр, участвующий в выполнении каждой операции
Очень быстрая память малого объема. Результат последней, выполненной АЛУ операции одновременно с сохранением в регистре АЛУ передается в один из регистров кэш. Если в дальнейшем этот результат будет редко использоваться при выполнении программы, то он из кэш передается в ОЗУ.
предназначено для выполнения команд
управляет ходом вычислительного процесса и координирует работу всех устройств ЭВМ
Принципы построения компьютера и его устройство
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Принципы построения компьютера и его устройство
Арифметико-логическое устройство
АЛУ предназначено для выполнения арифметических и логических опера-ций преобразования информации.
Функционально АЛУ состоит обычно из двух регистров, сумматора и схем управления (местного устройства управления).
Сумматор - вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения поступающих на ее вход двоичных кодов; сумматор имеет разрядность двойного машинного слова.
Регистры - ячейки памяти различной длины: Рг1 имеет разрядность двойного слова, а Рг2 - разрядность слова.
При выполнении операций в Рг1 помещается первое число, участвующее в операции, а по завершении операции - результат; в Рг2 - второе число, участвующее в операции (по завершении операции информация в нем не изменяется).
Рг1 может и принимать информацию с шин данных, и выдавать информацию на них, Рг2 только получает информацию с этих шин.
Схемы управления принимают по шинам команд управляющие сигналы от устройства управления и преобразуют их в сигналы для управления работой регистров и сумматора АЛУ.
АЛУ выполняет арифметические операции (+, -, *,:) только над целыми двоич-ными числами.
Выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой осуществляется с привлечением математического сопроцессора.

АЛУ
В синхронных АЛУ на выполнение каждой операции отводится одно и то же фиксированное время, определяемое длиной самой време-неемкой операции.
В асинхронных АЛУ после вы-полнения одной операции сразу же выполняется следующая. По быстродействию преимущество за асинхронными АЛУ.
синхронные
асинхронные
Классификация АЛУ
Принципы построения компьютера и его устройство
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Принципы построения компьютера и его устройство
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Регистровая КЭШ-память - высокоскоростная память сравнительно большой емкости, являющаяся буфером между ОП и МП и позволяющая увеличить скорость выполнения операций.
В КЭШ-памяти хранятся данные, которые МП получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Быстрый доступ к этим данным и позволяет сократить время выполнения очередных команд программы. При выполнении программы данные, считанные из ОП с небольшим опережением, записываются в КЭШ-память.
По принципу записи результатов различают два типа КЭШ-памяти:
КЭШ-память "с обратной записью" - результаты операций прежде, чем их записать в ОП, фиксируются в КЭШ-памяти, а затем контроллер КЭШ-памяти самостоятельно перезаписывает эти данные в ОП;
КЭШ-память "со сквозной записью" - результаты операций одновременно, параллельно записываются и в КЭШ-память, и в ОП.
Микропроцессоры начиная от МП 80486 имеют свою встроенную КЭШ-память (или КЭШ-память 1-го уровня), чем, в частности, и обусловливается их высокая производитель-ность. Микропроцессоры Pentium и Pentium Pro имеют КЭШ-память отдельно для данных и отдельно для команд, причем если у Pentium емкость этой памяти небольшая - по 8 Кбайт, то у Pentium Pro она достигает 256 - 512 Кбайт.
Следует иметь в виду, что для всех МП может использоваться дополнительная КЭШ-память(КЭШ-память 2-го уровня), размещаемая на материнской плате вне МП, емкость которой может достигать нескольких мегабайтов.
Микропроцессорная память

Принципы построения компьютера и его устройство
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Интерфейсная часть МП предназначена для связи и согласования МП с системной шиной ПК, а также для приема, предварительного анализа команд выполняемой программы и формирования полных адресов операндов и команд.
Интерфейсная часть включает в свой состав адресные регистры МПП, узел формирования адреса, блок регистров команд, являющийся буфером команд в МП, внутреннюю интерфейсную шину МП и схемы управления шиной и портами ввода-вывода.
Через порты ввода-вывода МП обменивается информацией с другими устройствами. Всего портов у МП может быть 65536.
Порт устройства содержит аппаратуру сопряжения и два регистра памяти - для обмена данными и обмена управляющей информацией. Некоторые внешние устройства используют и основную память для хранения больших объемов информации, подлежащей обмену.
Многие стандартные устройства (НЖМД, НГМД, клавиатура, принтер, сопроцессор и др.) имеют постоянно закрепленные за ними порты ввода-вывода.
Интерфейсная часть микропроцессора

Принципы построения компьютера и его устройство
Выполнение команды
Шаг 1.
Из ячейки памяти, адрес которой хранится в счетчике команд, выбирается очередная команда;
содержимое счетчика команд увеличивается на длину команды;
Шаг 2.
Выбранная команда передается в УУ на регистр команд;
Шаг 3.
УУ расшифровывает адресное поле команды;
Шаг 4.
По сигналам УУ операнды считываются из памяти и записываются в АЛУ на специальные регистры операндов;
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Шаг 5.
УУ расшифровывает код операции и выдает в АЛУ сигнал выполнить соответ-ствующую операцию над данными;
Шаг 6.
Результат операции либо остается в процессоре, либо отправляется в память, если в команде был указан адрес результата;
Шаг 7.
Все предыдущие этапы повторяются до достижения команды «стоп».

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Урок 4

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память состоит из
● ПЗУ (ROM -- Read Only Memory)
ПЗУ состоит из установленных на материнской плате микросхем и исполь-зуется для хранения неизменяемой информации: загрузочных программ операционной системы (ОС), программ тестирования устройств компьютера и некоторых драйверов базовой системы ввода-вывода (BIOS - Base Input-Output System) и др.
Из ПЗУ можно только считывать информацию, емкость ПЗУ - сотни Кбайт.
Это энергонезависимая память, - при отключении ЭВМ информация сохраняется.
Внутренняя память
● ОЗУ (RAM -- Random Access Memory - память с произвольным доступом).
ОЗУ предназначено для хранения информации (программ и данных), непосредственно участвующей в работе ЭВМ в текущий или в последующие моменты времени.
ОЗУ - энергозависимая память, то есть при отключении питания записанная в нем информация теряется.
Внутренняя память персонального компьютера

Свойства внутренней памяти
Ячейка памяти, хранящая один двоичный знак, называется БИТ
0 или 1
Двоичная кодировка
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
1. Дискретность
Информационная структура внутренней памяти представляет собой матрицу двоичных ячеек, в каждой из которых хранится по 1 биту информации.
Матричный принцип организации доступа к ЗЭ
Для обеспечения избирательного доступа к любому из ЗЭ, их помещают в узлы матри-цы. Для активизации конкретного ЗЭ, его подвергают одновременному действию двух токов или напряжений, поданных в одну горизонтальную и одну вертикальную шины.
Память состоит из отдельных
ячеек (ЗЭ) – битов.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2. Адресуемость
Во внутренней памяти компьютера все байты пронумерованы. Нумерация начи-нается с нуля. Порядковый номер байта называется его адресом. Занесение информации в память, а также извлечение ее из памяти, проводится по адре-сам. Адрес любой ячейки памяти можно выразить 4 байтами (8×4 = 32 разряда).
Порядковый номер байта называется его АДРЕСОМ
Структура внутренней памяти
Свойства внутренней памяти
Одна адресуемая ячейка содержит 8 двоичных позиций, в которых можно сохранить 8 бит, т.е. 1 байт данных.
Внутренняя память персонального компьютера

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Основная память имеет для ОЗУ и ПЗУ единое адресное пространство.
Для обозначения количества ячеек памяти используются следующие специ-альные единицы измерения:
1 бит – наименьшая единица измерения информации, соответствующая записи 0 либо 1
1 байт = 8 бит
1К = 210 = 1024 байт (читается "кило-");
1М = 220 = 1048576 байт (читается "мега-");
1Г = 230 = 1073741824 байт (читается "гига-")
1 Тб = 240 = 1 099 511 627 776 байт (читается «тера-")
Адресуемость
Запомни! 1К=1024 байт
1к=1000 байт

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Адресное пространство (объем памяти микросхемы) совокупность различных адресов, которые можно хранить в ячейках, содержащихся в микросхеме.
Адресное пространство равно 2n, где n - разрядность адреса (количество адресных проводов )
0
1
ЗЭ1
0
0
0
1
1
1
ЗЭ1
ЗЭ2
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
Объем памяти показывает общую емкость микросхемы.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Принцип организации памяти записывается следующим образом: сначала пишется количество ячеек, а затем через знак умножения (косой крест) — разрядность кода, хранящегося в одной ячейке.
Например, организация памяти 64К х 8 означает, что память имеет 64К (то есть 65536) ячеек и каждая ячейка — восьмиразрядная.
Организация памяти 4М х 1 означает, что память имеет 4М (то есть 4194304) ячеек, причем каждая ячейка имеет всего один разряд.
Общий объем памяти измеряется в байтах (килобайтах — Кбайт, мегабайтах — Мбайт, гигабайтах — Гбайт) или в битах (килобитах — Кбит, мегабитах — Мбит, гигабитах — Гбит).
Структура памяти
Структура памяти обозначает количество ячеек памяти и разрядность каждой ячейки.
Разрядность памяти - это количество байт (или бит), с которыми операция чте-ния или записи может быть выполнена одновременно. Разрядность основной памяти обычно согласуется с разрядностью шины процессора.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Время доступа (время такта для синхронных устройств). Характеризует скорость работы микросхемы и обычно указывается в наносекундах (нс) через тире в конце наименования.
На более медленных динамических микросхемах могут указываться только первые цифры (-7 вместо -70, -15 вместо -150), на более быстрых статических "-15" или "-20" обозначают реальное время доступа к ячейке.
Часто указывается не реальное, а минимальное из всех возможных времен доступа.
Любые микросхемы памяти имеют пять основных параметров:
Тип памяти
Объем памяти
Структура памяти
Время доступа
Корпуса и форм-факторы микросхем памяти
Время доступа

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Основная память делится на две логические области: непосредственно адресуемую память, занимающую первые 1024 Кбайта ячеек с адресами от 0 до 1024 Кбайт-1, расширенную память, доступ к ячейкам которой возможен при использовании специальных программ-драйверов
Логическая структура основной памяти
Стандартной памятью (СМА - Conventional Memory Area) называется непос-редственно адресуемая память в диапазоне от 0 до 640 Кбайт. В нее загружается таблица векторов прерываний, различные данные из BIOS, а также могут загружаться некоторые 16-разрядные программы DOS.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Верхняя память зарезервирована для памяти дисплея (видеопамяти) и ПЗУ. Однако обычно в ней остаются свободные участки - "окна", которые могут быть использованы при помощи драйвера памяти в качестве оперативной памяти общего назначения.
Расширенная память - это память с адресами 1024 Кбайта и выше. Она может быть использована главным образом для хранения дат и некоторых программ ОС. Часто расширенную память используют для организации виртуальных (электронных) дисков.
Высокая память - небольшая 64-Кбайтная область памяти с адресами от 1024 до 1088 Кбайт, обычно используется для хранения программ и данных операционной системы.
Логическая структура основной памяти

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
DRAM -
SRAM -
Динамическая память
Микросхемы этой памяти ис-пользуются в качестве основной.
Ячейка DRAM –на основе конденсатора)
• Маленькая площадь
• Организация в виде матрицы –две фазы передачи адреса
• Требуется регенерация
Статическая память
Микросхемы этой памяти исполь-зуются в качестве вспомогательной памяти (кэш-памяти), предназна-ченной для оптимизации работы процессора.
Ячейка SRAM– на основе триггера.
▪ Быстрый доступ
▪ Большая площадь кристалле
▪ Большое энергопотребление
Тип памяти

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Статическая память SRAM при наличии питания хранит информацию сколь угодно долго.
Состоит из триггеров - элементов с двумя устойчивыми состояниями.
SRAM. Что это такое?
Триггером называют элемент на транзисторах, который может находиться в одном из двух устойчивых состояний (0 и 1), а по внешнему сигналу он способен менять состояние.
Таким образом, триггер может служить ячейкой памяти, хранящей один бит информации.
Любой триггер можно создать из трех основных логических элементов: И, ИЛИ, НЕ. Поэтому все, что относится к элементной базе логики, относится и к триггерам.
Триггеры
Статическая память SRAM имеет время доступа 1-10 нс, и поэтому может работать на частоте системной шины ЭВМ. Используется для кэширования ОЗУ.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Кэш-память
Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память.
При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти.
Кэш (англ. cache), или сверхоператив-ная память — очень быстрое ЗУ не-большого объёма, которое использу-ется при обмене данными между мик-ропроцессором и оперативной па-мятью для компенсации разницы в скорости обработки информации про-цессором и несколько менее быстро-действующей оперативной памятью.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8–16 Кбайт.
Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью от 64 Кбайт до 256 Кбайт и выше.
Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффектив-ность кэширования.
Кэш-память реализуется на микросхе-мах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, до-рогих и малоёмких, чем DRAM.
Кэш-память

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Динамическая память DRAM состоит из запоминающих ячеек, выполненных в виде конденсаторов, собранных в ИС и образующих двумерную матрицу.
При записи логической 1 соответствующий конденсатор заряжается, а при записи 0 -- разряжается.
Схема считывания разряжает через себя конденсатор, и чтобы записанная информация сохранилась, подзаряжает его до прежнего уровня.
DRAM. Что это такое?
Для того, чтобы удешевить оперативную память, в 90-х годах XX века вместо дорогого статического ОЗУ на триггерах стали использовать динамическое ОЗУ (DRAM).
Со временем конденсатор разряжается, информация теряется, поэтому такая память требует периодической подзарядки (регенерации), то есть может работать только в динамическом режиме.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Оперативная память представляет собой плату (за исключением старых моделей PC, где микросхемы устанавливались прямо в материнскую плату), длинной около 8-и см., на которой размещены микросхемы DRAM (Dynamic RAM). Такая плата называется модулем..
Модули вставляются в специально предназначенные для них слоты на материнской плате, называемые банками (Banks). Банки бывают на 64, 256 Кбайт, 1 и 4 Мбайт.
DRAM. Что это такое?
Каждый банк состоит из девяти отдельных одина-ковых чипов. Из них восемь чипов предназначены для хранения информации, а девятый чип служит для проверки четности остальных восьми микро-схем этого банка.
Наибольшее распространение в последнее время получили DIMM-модули. Также имели место SIP и SIMM-модули.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
DRAM. Из истории вопроса
● Вначале микросхемы динамического ОЗУ производились в DIP-корпусах.
DIP - корпус — это маленький черный корпус из пласт-массы, по обеим сторонам которого располагаются металлические контакты
Памятью с DIP-корпусами комплектовались персональные компьютеры с мик-ропроцессорами i8086/88, i80286 и, частично, i80386SX/DX.
Сложность установки: приходилось подбирать чипы для банков памяти одина-ковой разрядности и емкости.
● В компьютерах с процессором i80386DX эти микросхемы стали заменять памяти SIPP и SIMM.
SIPP-модули представляют собой маленькие платы с несколькими напаянными микросхе-мами DRAM
Модули SIPP имели определенные вырезы, которые не позволяли вставить их в разъемы неправильным образом.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
SIMM - модуль памяти с однорядным располо-жением выводов. Для соединения с системной платой имеют не штырьки, а позолоченные полоски (так называемые pin, пины).
DRAM. Из истории вопроса
Модули SIMM могут иметь объем 256 Кбайт, 1, 2, 4, 8, 16 и 32 Мбайт.
Недостаток: модули SIMM не могут работать на частоте локальной шины PCI, превышающей 66 МГц.
С появлением в 1996 году процессора Intel Pentium II и чипсета Intel 4 0BX частота локальной шины возросла до 100 МГц, что заставило производителей динамического ОЗУ перейти на другие технологии, прежде всего DIMM SDRAM.
DIMM - модуль памяти с двойным располо-жением выводов
В модуле DIMM имеется 168 контактов, которые расположены с двух сторон платы и разделены изолятором.

Оперативная память, изготавливается в виде мо-дулей памяти.
Модули памяти представляют собой пластины с рядами контактов, на которых размещаются БИС памяти.
На ПК с процессорами Pentium
●SIMM можно устанавливать только парами (возможная емкость 4, 8, 16, 32 Мб и т.д.)
● DIMM – по одному (возможная емкость 16, 32, 64, 128 Мб и более).
Модули памяти RAM
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Модули памяти бывают
● SIMM – однорядные (однорядное расположение выводов)
● DIMM – двухрядные (двухрядное расположение выводов )
Многие материнские платы имеют разъемы как того, так и другого типа, но комбинировать на одной плате модули разных типов НЕЛЬЗЯ.
В настоящее время SIMM’ы практически не применяются. На их сменяя пришли DIMM, а на смену DIMM приходят DDR и RIMM, но по сравнению с DIMM они имеют немного большую стоимость и соответственно повышенную скорость обмена.
Подведем итоги

объем памяти V (измеряется в Мб)
время доступа Tобр (измеряется в наносекундах, 1 с.= 109 нс. )
SIMM–50-70нс.,
DIMM–7-10нс. и менее…
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Оперативная память
Оперативная память компьютера состоит из большого количества ячеек, в каж-дой из которых может храниться определенный объем информации. В совре-менных персональных компьютерах количество ячеек памяти достигает десятков миллионов.
Так как ОЗУ позволяет обратиться к произвольному байту, то эта память назы-вается памятью произвольного доступа (Random Access Memory).
Преимущества ОЗУ: высокое быстродействие и прямой адресный доступ к ячей-ке. Недостаток ОЗУ: энергозависимость.
Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Статические регистры
Первоначальное состояние всех ЗЭ равно 0, что достигается подачей импульса гашения по шине «Сброс».
В статическом регистре все левые входы каждого ЗЭ выведены во вне. Когда на них приходит импульс, то состояние тех ЗЭ, куда пришла 1 изменяется.
При считывании данных из статического регистра, по шине сброс подается сигнал, и с выходов тех ЗЭ, где была записана 1 появится импульс считывания.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Регистры-счетчики
Все ЗЭ регистра-счетчика соединены в последовательную цепочку. Первоначальное состояние всех ЗЭ равно 0, что достигается подачей импульса гашения по шине «Сброс».
Когда на вход регистра приходит первый импульс, то в ЗЭ1 будет записана 1 и состояние счетчика изменится на 000…001.
Когда на вход придет второй импульс, то он «протолкнет» 1 в следующий ЗЭ, а состояние ЗЭ1 станет равным 0.
1 импульс → 000…001
2 импульс → 000…010
3 импульс → 000…011
4 импульс → 000…100
При считывании данных из статического регистра, по шине сброс подается сигнал, и с выходов тех ЗЭ, где была записана 1 появится импульс считывания.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
ПЗУ организуется по матричному принципу. В качестве примера рассмотрим простейшее ПЗУ на диодах. Оно предназначено для хранения m-разрядных чисел.
Постоянная память
Каждая из горизонтальных шин служит для хранения одного числа, верти-кальные шины – разрядные.
Наличие диодной перемычки в местах пересечения шин означает, что с выхода вертикальной шины будет считана 1, отсутствие перемычки - 0.
1-ое число: 11…0…01
2-ое число: 01…0…11
3-ье число: 00…0…10
Yn-1 число: 10…0…01
Yn число: 01…0…10

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — энергонезависимая память, используется для хранения неизменяемых данных. Одним из видов микропрограмм, записанных в ПЗУ, является BIOS.
Часто используется английский термин ROM (Read-Only Memory).
Существует несколько разновидностей ПЗУ, предназначенных для различных целей:
● ROM — (англ. Read-Only Memory, постоянное запоминающее устройство), масочное ПЗУ, изготавливается фабричным методом. В дальнейшем нет возможности изменить записанные данные.
● PROM — (англ. Programmable Read-Only Memory, программируемое ПЗУ (ППЗУ)) — ПЗУ, однократно «прошиваемое» пользователем.
Постоянная память

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
● EPROM — (англ. Erasable Programmable Read-Only Memory, перепрограмми-руе-мое ПЗУ (ПППЗУ)).
Например, содержимое микросхемы К537РФ1 стиралось при помощи ультрафиолетовой лампы. Для прохождения ультрафиолетовых лу-чей к кристаллу в корпусе микро-схемы было предусмотрено окошко с кварцевым стеклом.
Микросхема EPROM Intel 1702
с ультрафиолетовым стиранием.
● EEPROM — (англ. Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ). Память такого типа может стираться и заполняться данными несколько десятков тысяч раз. Используеся в твердотельных накопителях. Одной из разновидностей EEPROM является флэш-память (англ. Flash Memory).
Постоянная память

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Иерархия памяти
Внутренняя память персонального компьютера
● Регистровая память (регистры процессора)
● Статическая память (кэш)
● Динамическая память (основная)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1. С какими видами памяти работает компьютер?
2. Что такое ПЗУ, какие функции выполняет?
3. Оперативная память компьютера. Её функция.
4. Какие существуют типы модулей оперативной памяти?
5. В каких единицах измеряют объём оперативной памяти?
6. В чем заключается дискретность внутренней памяти?
7. Какие два смысла имеет слово «бит»? Как они связаны?
8. В чем заключается свойство адресуемости внутренней памяти?
Вопросы
Внутренняя память персонального компьютера

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внешняя память персонального компьютера
Урок 5

Внутренняя память
Внутренняя память персонального компьютера
ОЗУ
ПЗУ
энергонезависимая
память
энергозависимая
память
хранит программы ОС
хранит программы
и данные
Свойства внутренней памяти
дискретность
адресуемость
Структура внутренней памяти
Байты Биты
0 0 1 1 0 0 1 0 1
1 1 1 0 0 1 1 0 1
2 1 1 0 0 0 0 1 0
3 0 0 1 1 1 0 1 1
Порядковый номер байта называется его АДРЕСОМ
Организация памяти 64К х 8
?
Спрашивали? Отвечаем…

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Три важнейшие логические облас-ти оперативной памяти:
● Стандартная оперативная па-мять (Conventional Memory) Важнейшая область памяти (первые 640 Кб). В ней распо-ложена большая часть всех прикладных программ и данных.
● UMA (Upper Memory Area) Здесь находится информация, которая служит для сопряжения приклад-ных программ с различными картами расширений. (384 Кб расположенные между 640Кб и 1Мб)
● XMS (Extended Memory Specification) Вся память выше 1 Мб . Используется Windows-приложениями
Логическая структура оперативной памяти
Спрашивали? Отвечаем…

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
DRAM
SRAM
Оперативная память
Внутренняя память персонального компьютера
объем памяти
время доступа
?
Спрашивали? Отвечаем…

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внутренняя память персонального компьютера
Статические регистры
Регистры-счетчики
?
?
Спрашивали? Отвечаем…

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внешняя память персонального компьютера
Понятие внешней памяти
Информационная структура внешней памяти – файловая. Наименьшей име-нуемой единицей во внешней памяти является файл.
Внешняя (долговременная) память — это место длительного хранения данных (программ, результатов расчётов, текстов ), не используемых в данный мо-мент, в оперативной памяти компьютера.
Внешняя память является энергонезависимой.
Внешняя память не имеет прямой связи с процессором.
Файл – это информация, хранящаяся на внешнем носителе и
объединенная общим именем.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внешняя память персонального компьютера
Внешняя память
магнитные устройства
Накопители на магнитных дисках НМД
(дисководы)
Накопители
на гибких дисках
(дискеты)
Накопители на
жестком диске
(винчестеры)
Накопители на магнитной ленте НМЛ (стриммеры) Кассетные накопители
магнитно-оптические устройства
оптические устройства
Накопитель на компакт дисках
Оптические (лазерные) дисководы
Накопители
CD-R , CD-RW
DVD-ROM

Жесткий диск — это магнитный диск, который уста-навливается в системном блоке компьютера.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внешняя память персонального компьютера
Винчестер
Жесткий диск (винчестер) предназначен для посто-янного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, различных данных.
Внешне этот диск представляет собой герметичную металлическую коробку, внутри которой расположен сам диск, магнитные головки чтения-записи, механизмы вращения диска и перемещения головок. Хотя говорят "диск", на самом деле жесткий диск состоит из нескольких дисков, нанизанных на общую ось. Запись информации производится на обе стороны каждого диска. Соответственно, имеется необходимое количество магнитных головок.
Характеристикой жесткого диска служит емкость. Современные жесткие диски имеют емкость от одного до десятков гигабайт (Гб).
Демо

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внешняя память персонального компьютера
Дискета
Гибкие магнитные диски (дискеты) бывают двух типов: (3,5" — 8 мм) и (5,25" — 133 мм). Тип определяется диаметром диска, находящегося внутри пластиковой коробки. Сама пластиковая коробка выполняет функцию защиты от внешних воздействий.
Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием.
Он заключается в том, что магнитные доме-ны в среде выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами.
Обычно устанавливается однозначное соот-ветствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внешняя память персонального компьютера
Дискета
Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты.
Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.
В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты со следующими характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), ёмкость 1,44 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.
Демо

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внешняя память персонального компьютера
Магнитно-оптический диск
Процесс записи на магнитооптический диск идет в два прохода:
● стирание информации: каждая битовая ячейка, в которую осуществляется запись, нагревается лучом лазера до температуры Кюри (около 200°), при этом намагниченность ферромагнитного слоя на поверх-ности исчезает. При остывании внешнее магнитное поле переводит все ячейки в одинаковое состояние, то есть информация стирается.
● запись информации: направление поля магнитной головки изменяется на противоположное, и луч лазера включается лишь над теми ячейками, значение которых следует поменять.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внешняя память персонального компьютера
CD-ROM
CD-ROM-накопители используют оптический прин-цип чтения информации.
Информация на CD-ROM-диске записана на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.
Лазерный луч падает на поверхность вращаю-щегося CD-ROM-диска, интенсивность отражен-ного луча соответствует значениям 0 или 1. С по-мощью фотопреобразователя они преобразуются в последовательности электрических импульсов.
Скорость считывания информации в CD-ROM-накопителе зависит от скорости вращения диска. Первые CD-ROM-накопители были односкорост-ными и обеспечивали скорость считывания ин-формации 150 Кб/с.
В настоящее время распространение получают 24-скоростные CD-ROM-накопи-тели, обеспечивающие скорость считывания информации до 3,6 Мб/с.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внешняя память персонального компьютера
Flash-память
Флэш-память - особый вид энергонезави-симой перезаписываемой полупроводни-ковой памяти.
Энергонезависимая - не требует допол-нительной энергии для хранения данных (только для записи).
Перезаписываемая - допускающая изменение (перезапись) данных.
Полупроводниковая - не содержащая механически движущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), построенная на основе интегральных микро-схем.
Флэш-память исторически происходит от ROM памяти, и функционирует подоб-но RAM. В отличие от RAM, при отключении питания данные из флэш-памяти не пропадают.
Ячейка флэш-памяти не содержит конденсаторов, а состоит из одного транзис-тора особой архитектуры, который может хранить несколько бит информации.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внешняя память персонального компьютера
Flash-память
Преимущества flash-памяти:
● Способна выдерживать механические нагрузки в 5-10 раз превышающие предель-но допустимые для обычных жёстких дис-ков.
● Потребляет примерно в 10-20 раз меньше энергии во время работы, чем жёсткие дискам и носители CD-ROM.
● Компактнее большинства других механических носителей.
● Информация, записанная на флэш-память, может храниться от 20 до 100 лет.
Замены памяти RAM флэш-памятью не происходит потому что флэш-память:
● работает существенно медленнее;
● имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10000 до 1000000 для разных типов).

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Внешняя память персонального компьютера
Flash-память
Flash - короткий кадр, вспышка, мелькание
Впервые Flash-память была разработана компанией Toshiba в 1984 году. В 1988 году Intel разработала собственный вариант флэш-памяти.
Название было дано компанией Toshiba во время разработки первых микро-
схем флэш-памяти как характеристика скорости стирания микросхемы флэш-
памяти "in a flash" - в мгновение ока.

Переферийные устройства персонального компьютера
Урок 9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Графический контроллер
(видеокарта/ видеоплата/ графический адаптер)
Устройства вывода
Графический контроллер обладает собственной
оперативной памятью: 128/ 256 … Mb
Разрешающая способность - способность видеокарты разместить на экране определенное количество точек, из которых состоит изображение.
Чем больше точек будет на экране, тем менее зернистым и качественным будет изображение, тем больше графической информации можно разместить на экране.
Первый IBM PC не предусматривал возможности
вывода графических изображений. Современный компьютер позволяет выводить на экран двух- и трёхмерную графику и полноцветное видео.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Память персонального компьютера
Графические режимы

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Мониторы ЭЛТ (CRT)
Устройства вывода
ЭЛТ - это стеклянная колба, внутри которой вакуум .
Электронная пушка формирует пучок электро-нов (электронный луч), который направляется в сторону экрана, покрытого изнутри люмино-фором.
При столкновении электронов с люминофор-ом последний начинает излучать свет, — чем больше энергия пучка, тем ярче свечение.
Отклоняющая система направляет пучок электронов так, что он сканирует весь экран, строка за строкой. Поскольку скорость сканирования очень большая, глаз в силу своей инерционности воспринимает изображение как стабильное.
Поскольку человеческий глаз реагирует на три основных цвета — красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue), а все остальные являются их комбинацией, эти три и были выбраны в качестве цветов свечения люминофора.
ЭЛТ - электронно-лучевая трубка
CRT - Cathode Ray Tube

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Мониторы ЭЛТ (CRT)
ЭЛТ - электронно-лучевая трубка
CRT - Cathode Ray Tube
Таким образом, слой люминофора с
внутренней стороны экрана состоит из
мельчайших элементов трех цветов.
ЭЛТ имеет три электронных пушки
соответственно основным цветам.
Перед люминофором устанавливают
маску с отверстиями. Таким образом,
даже если пучок электронов слегка
отклонится от намеченной траектории,
он все равно не сможет засветить
„чужой” элемент люминофора.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ЭЛТ – электронно-лучевая трубка
Видимый размер монитора по диагонали – 15’’, 17’’, 19’’, 21’’
Разрешения, поддерживаемые монитором – VGA, SVGA, XGA, SXGA, UXGA
Шаг зерна – расстояние между точками на экране (0,21 – 0,28 мм)
Частота регенерации (смены кадров) – от 72 Hz.
Основные характеристики
Мониторы ЭЛТ (CRT)
Устройства вывода

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Мониторы ЖК (LCD)
Технология основывается на свойстве молекул жидкокристаллического вещества менять пространственную ориентацию под воздействием электричес-кого поля.
C повышением электрического напряжения меняется ориентация молекул кристаллов, что приводит к созданию изображения.
LCD имеет две стеклянные панели, между которыми нахо-дится тонкий слой жидких кристаллов.
На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями.
Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковый угол поворота плоскости поляри-зации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу.
Жидкокристаллическая панель освещается источником света. Плоскость поля-ризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Мониторы ЖК (LCD)
напряжения нет
напряжение есть
Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому возникла необ-ходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя, представляющих собой поляризационные фильтры.
Фильтры пропускают только ту компоненту свето-вого пучка, у которой ось поляризации соответ-ствует заданному.
Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность при правильном управлении потенциалами этих электродов отображать на экране буквы и другие элементы изображения.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Мониторы ЖК (LCD)
ЖК – жидко-кристаллические
LCD – Liquid Crystal Display
Устройства вывода
Для вывода изображения хорошего качества необходима подсветка монитора сзади, таким образом, чтобы свет исходил из задней части LCD.
Цвет получается в результате использования трех фильтров.
Комбинируя три основные цвета для каждой точки или пикселя экрана, появляется возможность воспроизвести любой цвет.
На каждый пиксель приходится три ЖК-ячейки и три опти-ческих фильтра основных цветов

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Мониторы ЖК (LCD)
ЖК – жидко-кристаллические
LCD – Liquid Crystal Display
При сравнимом размере диагонали видимой области 14’’ LCD ≈ 15’’ ЭЛТ
Бликов на экране в 3 и более раз меньше (меньше коэффициент отражения).
Не создает вредного для здоровья постоянного электростатического потенциала.
Напряжение каждого пикселя запоминается транзистором до следующего обновления, мерцание практически отсутствует и частоты регенерации 60 Гц достаточно.
Малый вес и габариты.
Потребляет в 3-4 раза меньше электроэнергии.
Преимущества

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Мониторы ЖК (LCD)
Недостатки цветопередачи и невозможность калибровки (не подходит дизай-нерам и художникам).
Только “родное” разрешение.
Недостаточные контрастность, быстродействие и стойкость к механическим повреждениям.
Ограниченный угол обзора.
Наличие “битых” пикселей.
Более высокая цена.
Недостатки

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Плазменные панели (PDP - Plasma Display Panel)
К подложкам каждого пикселя плазменного дисплея, между которыми находится инертный газ (ксенон или неон), подается высокое напряжение, в результате чего испускается поток ультрафиолета, который вызывает свечение люминофора.
97% ультрафиолетовой составляющей излучения, вредного для глаз, погло-щается наружным стеклом.
Как и в CRT-мониторе, в плазменном мониторе светится люминофор, но не под воздействием потока электронов, а под воздействием плазменного разряда.
Каждая ячейка плазменного дисплея – флуорес-центная мини-лампа, которая способна излучать только один цвет из схемы RGB.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Плазменные панели (PDP - Plasma Display Panel)
Преимущества
▪ Более сочные цвета в более широком диапазоне.
▪ Широкий угол обзора.
▪ Больше контрастность, чем у LCD, больше яркость, чем у CRT.
▪ Могут достигать больших размеров (с диагональю от 32" до 50") с минимальной толщиной.
Недостатки
▪ Достичь размера пикселя меньше 0,5 мм практически невозможно. Поэтому плазменные телевизоры с диагональю меньше 32" (82 см) не существуют.
▪ Тёмные оттенки страдают от недостатка света - их трудно отличить друг от друга. Так как пиксель плазмы требует электрического разряда для излучения света, то он может либо гореть, либо не гореть, но промежуточного состояния нет. Чтобы пиксель горел ярко, его нужно часто зажигать. Для получения более тёмного оттенка пиксель зажигают реже

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Плазменные панели (PDP - Plasma Display Panel)
▪ Люминофорный слой выгорает. Если на экране отображается один и тот же канал в режиме 24/7, на нём могут выгореть пиксели логотипа. Это относится и к рекламным экранам, демонстрирующим одну и ту же картинку. Синий канал всегда выгорает раньше.
▪ Последствие высоких напряжений - высокое энергопотребление. PDP 42" (107 см) - 250 Вт, а LCD с той же диагональю - 150 Вт.
Недостатки
▪ Общепринято, что человеческий глаз не замечает мер-цания с частотой выше 85 Гц. На самом деле, глаз спо-собен воспринимать и более высокие частоты, но мозг не успевает их обрабатывать. Поэтому 85-Гц картинка может приводить к утомлению глаз, даже если зритель и не видит мерцание, что и происходит в случае с плаз-менными панелями.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Плазменные панели (PDP - Plasma Display Panel)
Сферы применения
Высококачественные видеосистемы большого формата. Прекрасно подходят для просмотра DVD или телевидения высокого разрешения. Позиционируются на high-end сектор рынка, где проблемы высокой цены, старения люминофора и высокого энергопотребления вторичны по сравнению с качеством.
Вполне очевидно, что ЖК будут "отъедать" рынок плазменных панелей, - их диагональ продолжает увеличиваться.
Эта технология мало подходит для компьютерных мониторов.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Сравнение типов мониторов (1)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Сравнение типов мониторов (2)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Сравнение типов мониторов (3)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Матричные (игольчатые) принтеры
Последовательные, ударные.
Головка принтера оснащена 9, 18 или 24 иголками
Преимущества
Нетребовательность к качеству бумаги, печать на не-стандартной бумаге
Наличие оттисков (важно для официальных доку-ментов), возможность печати под копирку
Простота и надежность
Дешевизна расходных материалов
Недостатки
Не печатают графику
Относительно высокий уровень шума
Относительно низкая скорость печати
Относительно низкое качество печати (150 dpi)
Только монохромная печать
Принцип действия
Головка печатающего устройства движется вдоль крася-щей ленты и по командам из компьютера в нужный мо-мент ударяет по ленте. Следы от ударов – точки форми-руют изображение

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Струйные принтеры (Ink Jet)
Последовательные, безударные
Принцип действия
Изображение формируется из микрокапель ( ~ 50 мкм) чернил, которые выдуваются из сопел картриджа. Каждая строка цветного изображения проходится как минимум 4 раза (CMYK). Количество сопел обычно от 16 до 64, но есть печатающие головки с сотнями сопел.
Преимущества
Высокое качество графики даже для самых дешевых моделей.
Низкая стоимость принтера (продается ниже себестоимости).
Наличие принтеров больших форматов (от А4 до А0 (плоттер)).

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Недостатки
Низкая экономичность. Затраты на чернила уже в первый год как минимум в 5 раз превысят стоимость устройства, при объемах печати в 10–15 страниц в день. Непроизводительный расход чернил на прочистку головок. Низкая емкость картриджей.
Требователен к бумаге.
Низкая стойкость отпечатков (быстро выцветают и смываются).
Относительно низкая надежность.
Относительно низкая скорость печати.
Струйные принтеры (Ink Jet)
Последовательные, безударные

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Плоттеры (графопостроители)
Применяются для вывода длинных непрерывных графиков, диаграмм и больших чертежей.
Форматы: A2, A3, A1, A0
Различные модели плоттеров могут иметь как одно, так и несколько перьев различного цвета (обычно 4-8).

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Лазерные принтеры
▪ Каждая частица полупроводнико-вой пленки [2], нанесенной на ме-таллический цилиндр фотонабор-ного барабана [1] заряжается отри-цательно с помощью коронатора [3].
▪ Луч лазера [4] с помощью откло-няющего зеркала [5] сканирует вдоль одной строки заряженного барабана, разряжая его в точках своего попадания.
▪ После сканирования лазерным лучом одной строки шаговый двигатель повора-чивает барабан на небольшое расстояние для сканирования следующей. Т. О. на барабане получается "зарядовая фотография".
▪ На фотонаборный барабан наносится тонер - мельчайшие частицы красящего вещества, которые вытягиваются из картриджа [6] под действием кулоновских сил притяжения.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Лазерные принтеры
▪ Сформированное на барабане изображение переносится на бума-гу [7], которая протягивается вплот-ную к барабану с помощью системы валиков [8]. Перед контактом с барабаном бумаге сообщается по-ложительный электростатический заряд, благодаря которому заря-женные отрицательно частицы то-нера легко переносятся на бумагу.
▪ Для фиксации тонера бумага пропускается между двумя роликами [9], нагре-тыми до температуры ~ 180оС, что приводит к вплавлению тонера в бумагу.
▪ Барабан разряжается и очищается специальным роликом очистки [10] от ос-тавшегося тонера, после чего готов к печати новой страницы.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Лазерные принтеры
Преимущества
▪ Высокая надежность
▪ Относительно невысокая цена копии
▪ Высокая скорость печати (до 12 страниц/ мин.)
▪ Высокое качество печати 300, 600 и более dpi.
Недостатки
▪ Монохромная печать (высокая цена принтера и копии для качественной цветной печати)
Страничные, безударные

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства вывода
Сравнительная таблица типов принтеров

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Устройства коммуникации
Модем (МОдулятор-ДЕМодулятор)
внешний
внутренний
Устройство для передачи сигнала (двоичного кода) по линиям связи.
Модуляция – преобразование дискретного сигнала компьютера в аналоговый, передающийся по линиям связи (модулирование несущей частоты линии).
Коммутируемые - 300 - 28 800 бод (бит/c)
Выделенные - 33600 бод (бит/c)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Чтение спецификации
Intel Pentium 4 - 3.0GHz / 512Mb / 120Gb / 128Mb GeForce PCX 6600 / Combo: DVD16x + CD-RW52x32х52х / FDD / LAN / AC97 / kbd / M&P / 17" Samsung 710V (LCD, 1280x1024)
Тактовая частота процессора:
Объем оперативной памяти:
Емкость винчестера:
Объем оперативной памяти видео карты:
Диагональный размер монитора:
3,0 GHz
512 Mb
120 Gb
128 Mb
17’’

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Чтение спецификации
iP-4 Celeron 1,7GHz / 128 Mb DDR / 20 Gb / I-845G int
64Mb / CD-ROM 52-x / kbd/ M&P/ 3,5’’/ 17’’ Samsung/ 100TP
Тактовая частота процессора:
Объем оперативной памяти:
Емкость винчестера:
Объем оперативной памяти видео карты:
Диагональный размер монитора:
1,7 GHz
128 Mb
20 Gb
64 Mb
17’’